Ang kemikal na organisasyon ng mga cell: organic na mga sangkap, macro- at microelements

Sa huli ika-19 siglo ito nabuo ang isang sangay ng biology na tinatawag byokimika. Siya ay pag-aaral ng kemikal komposisyon ng mga buhay na mga cell. Ang pangunahing gawain ng agham - kaalaman sa mga peculiarities ng metabolismo at enerhiya, na kumokontrol mahalagang mga pag-andar ng halaman at hayop na mga cell.

Ang konsepto ng kemikal komposisyon ng mga cell

Bilang isang resulta ng malawak na pananaliksik sa pamamagitan ng siyentipiko kemikal na organisasyon ng mga cell ay nai-aral at natagpuan na ang nabubuhay na bagay ay binubuo ng higit sa 85 mga elemento kemikal. At ang ilan sa kanila ay kinakailangan para sa halos lahat ng mga organismo, habang ang iba ay tiyak at nagaganap sa mga tiyak na mga species. Ang ikatlong grupo ng mga kemikal sangkap naroroon sa mga cell ng microorganisms, mga halaman at mga hayop sa sapat na maliit na dami. Chemical elemento ng cell ay madalas sa anyo ng mga cations at anions mula sa kung saan mineral asin at tubig ay nabuo, at organic carbon compounds ay synthesized: carbohydrates, protina, lipids.

organogenic elemento

Sa byokimika, ang mga ito ay kinabibilangan ng Carbon, Hydrogen, Oxygen at nitrogen. Ang kanilang mga hanay ay sa isang cell ng 88 sa 97% ng iba pang mga elemento kemikal kasalukuyan sa loob nito. Lalo na mahalaga ay carbon. Ang lahat ng mga organic na mga sangkap sa komposisyon ng mga cell ay binubuo ng molecules na naglalaman ng carbon sa kanyang sanaysay atoms. Maaari silang ma-interconnected upang bumuo ng isang kadena (branched at unbranched), pati na rin ang mga cycles. Ito kakayahan carbon atom underlies kapansin-pansin na pagkakaiba-iba ng mga organic na sangkap na kasama sa cell saytoplasm at organelles.

Halimbawa, ang mga panloob na nilalaman ng cell ay binubuo ng isang natutunaw oligosaccharide, hydrophilic protina, lipids, iba't-ibang uri ng RNA: transfer RNA, ribosomal RNA at mensahero RNA, pati na rin ang libreng monomer - nucleotides. Ang nasabing kemikal komposisyon ay may isang cell nucleus. Naglalaman din ito ng isang Molekyul ng deoxyribonucleic acid, isang bahagi ng chromosomes. Ang lahat ng mga compounds sa itaas ay sa kanyang sanaysay atoms ng nitrogen, carbon na may oxygen, hydrogen. Ito ay isang patunay ng kanilang partikular na kahalagahan, dahil ang isang kemikal na organisasyon ng mga cell ay depende sa nilalaman ng biogenic elemento na bumubuo cellular structures: hyaloplasm at organelles.

Macronutrients at ang kanilang mga kahulugan

Chemical elemento, na kung saan ay din napaka-pangkaraniwan sa mga cell ng iba't-ibang uri ng mga organismo, byokimika ay tinatawag na macronutrients. Ang kanilang nilalaman sa cell ay 1.2% - 1.9%. Sa pamamagitan ng macroelements cells ay kinabibilangan ng: posporus, potasa, kloro, sulfur, magnesium, calcium, iron at sosa. Lahat ng mga ito ay may mahalagang mga pag-andar at ay bahagi ng iba't-ibang mga organelles cell. Kaya, ang ferrous ion ay naroroon sa mga protina sa dugo - pula ng dugo, na kung saan ay nagdadala oxygen (sa kasong ito ay tinatawag na oxyhaemoglobin), carbon dioxide (karbogemoglobin) o carbon dioxide (carboxyhaemoglobin).

Sosa ions ay nagbibigay ng mahalagang anyo ng selula transportasyon: ang tinatawag na sodium-potassium pump. Sila rin ay bahagi ng interstitial fluid at dugo plasma. Magnesiyo ions naroroon sa kloropila molecules (photopigment mas mataas na mga halaman) at ay kasangkot sa proseso ng potosintesis, pati na rin ang form na reaksyon centers na bitag photons ng ilaw enerhiya.

Kaltsyum ions ay nagbibigay ng pagpapadaloy ng ugat pulses sa kahabaan ng fibers at ang mga pangunahing bahagi ng osteocytes - selula buto. Calcium compounds ay laganap sa mga invertebrate na hayop mundo na ang shell ay binubuo ng kaltsyum karbonat.

Klorido ions ay kasangkot sa recharging ang cell lamad at magbigay ng ang hitsura ng mga de-koryenteng pulses ng nakapailalim na neural pagpapasigla.

Ang sulfur atom ay bahagi ng katutubong protina at maging sanhi ng kanilang tersiyaryo istraktura "stitching" polypeptide chain, at dahil doon na bumubuo ng globular protina Molekyul.

Potasa ions ay kasangkot sa transportasyon ng mga sangkap sa pamamagitan ng cell membranes. posporus atoms ay isang bahagi ng mga ito mahalagang enerhiya-intensive na mga sangkap tulad ng adenosine triphosphate, at ay isang mahalagang bahagi ng mga molecule ng deoxyribonucleic at ribonucleic acid, na ang pangunahing sangkap ng cell pagmamana.

Trace function na sa cellular metabolismo

Tungkol sa 50 mga elemento kemikal bumubuo ng mas mababa sa 0.1% sa mga cell, na tinatawag na microcells. Kabilang dito ang sim, molibdenum, yodo, tanso, kobalt, fluorine. Sa mababang maintenance nagsasagawa ang mga ito ng isang napaka-mahalagang function, bilang bahagi ng maraming mga biologically aktibong sangkap.

Halimbawa, ang sink atom ay nasa insulin Molekyul (pancreatic hormone ipinaguutos dugo asukal antas), yodo ay isang manghahalal ng teroydeo hormones - thyroxine at triiodothyronine pagkontrol sa antas ng metabolismo sa katawan. Copper, kasama ang bakal ions kasangkot sa hematopoiesis (ang pagbuo ng pulang selula ng dugo, platelets at puting selyo ng dugo sa utak ng buto ng vertebrates). Copper ions ay kasama sa hemocyanin pigment naroroon sa dugo ng invertebrate, tulad ng molusko. Samakatuwid, ang kulay ng kanilang hemolymph asul.

Higit pang mga kakaunting nilalaman sa cell naturang kemikal sangkap tulad ng lead, ginto, bromine, silver. Ang mga ito ay tinatawag na ultromikroelementami at bahagi ng halaman at hayop na mga cell. Halimbawa, sa pagtatasa ng kemikal maize unos ginto ions ay napansin. Bromine atoms sa isang malaking bilang ng mga cell na kasama sa thalli ng brown at red algae, tulad ng Sargassum, Laminaria, Fucus.

Lahat ng naunang mga halimbawa at mga katotohanan na ipaliwanag kung paano interrelated kemikal komposisyon, function at istraktura ng mga cell. Ang talahanayan sa ibaba ay nagpapakita ng mga nilalaman ng iba't ibang mga elemento ng kemikal sa mga cell ng buhay na organismo.

Pangkalahatang mga katangian ng organic compounds

Kemikal na mga katangian ng mga cell ng iba't ibang pangkat ng mga organismo sa isang tiyak na paraan nakasalalay sa mga atoms carbon, na account para sa higit sa 50% ng mga cell masa. Halos lahat ng dry cell matter ay kinakatawan carbohydrates, protina, nucleic acids at lipids, na kung saan ay may isang komplikadong istraktura at mataas na molekular timbang. Ang ganitong mga molecule ay tinatawag macromolecules (polymers) at ay binubuo ng simpleng mga elemento - monomers. Protein sangkap gumaganap ng isang lubhang mahalagang papel at magsagawa ng iba't-ibang mga pag-andar, na kung saan ay tinalakay sa ibaba.

Ang papel na ginagampanan ng mga protina sa cell

Biochemical pagtatasa ng mga compounds ng pagpasok sa isang buhay na cell, Kinukumpirma ang mataas na nilalaman ng mga organic na mga sangkap tulad ng mga protina. katunayan na ito ay isang lohikal na paliwanag: protina magsagawa ng iba't-ibang mga function at ay kasangkot sa lahat ng aspeto ng cell buhay.

Halimbawa, ang proteksiyon function ng protina ay ang pagbuo ng mga antibodies - antibodies ginawa ng lymphocytes. Ang gayong proteksiyon protina tulad ng thrombin, fibrin at tromboblastin nagbibigay ng pamumuo ng dugo at maiwasan ang pagkawala sa trauma at pinsala. Ang kumplikadong komposisyon ng cell ay kinabibilangan ng mga cell lamad protina pagkakaroon ng kakayahan upang makilala ang mga banyagang compounds - antigens. Baguhin nila ang kanilang configuration at mag-ulat ng cell sa mga potensyal na mga panganib (alarma function na).

Ang ilang mga protina ay may regulasyon function at mga hormones, tulad ng oxytocin, nagawa sa pamamagitan ng hypothalamus, pitiyuwitari nakareserba. Na nanggaling sa iyon sa dugo, oxytocin ay gumaganap sa mga kalamnan pader ng matris, na nagsasanhi ng pagbabawas nito. vasopressin protina naghahain din ng regulasyon function na sa pamamagitan ng pagkontrol ng presyon ng dugo.

Ang kalamnan cell ay actin at myosin, ikaw ay may kakayahang pag-urong, na nagiging sanhi ng motor function ng kalamnan tissue. Para sa mga protina, tipikal at itropiko function, hal, albumin embryo ginagamit bilang isang nakapagpapalusog para sa pag-unlad. Dugo protina ng iba't-ibang mga organismo, tulad ng pula ng dugo at hemocyanin, oxygen molecule ay inililipat - gumana transportasyon function. Kung mas maraming enerhiya ubos na sangkap tulad ng carbohydrates at lipids, ganap na ginagamit, ang mga cell ay nagsisimula sa break down protina. Isa gramo ng materyal na ito 17 ay nagbibigay sa 2 kJ ng enerhiya. Isa sa mga pinaka-mahalagang mga pag-andar ng mga protina ay catalytic (protina, enzymes mapabilis ang kemikal reaksyon sa cytoplasmic compartments). Base sa itaas, nakita natin na ang mga protina ay may isang bilang ng mga napaka-mahalagang mga pag-andar at kinakailangang bahagi ng cell hayop.

protina biosynthesis

Isaalang-alang ang proseso ng protina synthesis sa isang cell, na kung saan ay nangyayari sa cytoplasma pamamagitan organelles tulad ng ribosome. Salamat sa mga aktibidad ng mga tiyak na enzymes, na may ang partisipasyon ng ribosome kaltsyum ions pagsamahin upang polysomes. Ang pangunahing function ng ribosoma sa cell - ang synthesis ng protina molecule, na nagsisimula sa proseso ng transcription. Bilang isang resulta ng mga ito ay na-synthesize mRNA molecule, na kung saan ay naka-attach polysomes. Pagkatapos nagsisimula ang ikalawang pagsubok - broadcast. Transport RNA magbigkis sa dalawampu't iba't ibang uri ng amino acids at dalhin ang mga ito sa polysomes, at dahil ang pag-andar ng mga ribosoma sa cell - isang synthesis ng polypeptides, ang mga organelles bumuo ng complexes na may tRNA, at amino acid molecules ay naka-link nang sama-sama sa pamamagitan ng peptide bono upang bumuo ng isang protina macromolecules.

Ang papel na ginagampanan ng tubig sa metabolismo

Cytological pag-aaral nakumpirma ang katotohanan na ang cell istraktura at komposisyon ng kung saan kami ay pag-aaral, isang average ng 70% tubig, at sa maraming mga hayop, na humahantong sa isang water paraan ng pamumuhay (eg, coelenterates) ang nilalaman nito ay umabot 97-98%. Sa view ng mga ito ng kemikal na organisasyon ng mga cell ay nagsasama ng hydrophilic (na may kakayahang dissolving) at hydrophobic (water-repellent) materyal. Bilang isang unibersal na polar panunaw, tubig ay gumaganap ng isang mahalaga papel at may isang direktang epekto hindi lamang sa mga pag-andar, ngunit din sa mismong istruktura ng cell. Ang talahanayan sa ibaba ay nagpapakita ng mga nilalaman ng tubig sa iba't ibang uri ng mga cell ng buhay na organismo.

Ang pag-andar ng carbohydrates sa cell

Bilang namin ipinaliwanag mas maaga, sa mahalagang organic kemikal - Polymer - ay carbohydrates din. Kabilang dito ang polysaccharides, oligosaccharides at monosaccharides. Carbohydrates ay bahagi ng mas kumplikadong sistema - glycolipids at glycoprotein, na kung saan ay constructed ng cellular lamad at nadmembrannye istraktura, hal glycocalyx.

Higit pa rito carbon sa karbohidrat ay nagsasama ng mga atoms ng hydrogen at oxygenation, at ang ilan polysaccharides maglaman ng higit pang nitrogen, sulfur at posporus. Ang mga cell ng maraming carbohydrates halaman: Potato tubers maglaman ng hanggang sa 90% almirol sa buto at prutas karbohidrat nilalaman ng hanggang sa 70%, at mga cell ng hayop ay matatagpuan sa anyo ng mga naturang compounds bilang glycogen, chitin at trehalose.

Simple sugars (monosaccharides) ay may pangkalahatang formula CnH2nOn at nahahati sa tetroses, triose, pentose at hexose. Ang huling dalawang ay ang pinaka-karaniwan sa mga cell ng pamumuhay na organismo, halimbawa, ribose at deoxyribose ay bahagi ng nucleic acids, at asukal at fructose ay kasangkot sa ang mga reaksyon ng paglagom at kawalan ng pagkakapareho. Oligosaccharides ay madalas na natagpuan sa mga cell ng halaman: sucrose ay naka-imbak sa mga cell ng matamis na aselga at tubo, moltous nakapaloob sa caryopses germinated rye at barley.

Disaccharides magkaroon ng isang matamis na lasa at ay kaagad na matutunaw sa tubig. Polysaccharides, pagiging biopolymers binubuo pangunahin ng almirol, selulusa, glycogen at laminarin. Ang istruktura form kasama ang polysaccharides chitin. Ang pangunahing pag-andar ng carbohydrates sa cell - enerhiya. Bilang isang resulta ng haydrolisis reaksyon at enerhiya metabolismo ay dumidikit polysaccharides sa asukal, at ito ay pagkatapos ay oxidized sa carbon dioxide at tubig. Bilang isang resulta, ang isang gramo ng asukal release 17.6 kJ ng enerhiya, at taglay ng arina at glycogen, ay mahalagang cellular enerhiya reservoir.

Glycogen ay idineposito higit sa lahat sa kalamnan at atay cell, gulay almirol - sa tubers, bombilya, Roots, buto at mga arthropod, tulad ng spider, insekto at crustaceans, ang pangunahing papel sa enerhiya supply ay gumaganap ng isang oligosaccharide trehalose.

Carbohydrates ay naiiba mula sa mga lipids at protina, ang kakayahan upang anoxic marawal na kalagayan. Ito ay lubos na mahalaga para sa mga organismo na nakatira sa mga kondisyon ng kakulangan o kawalan ng oxygen, tulad ng anaerobic bacteria, at bulating parasito - parasito ng tao at hayop.

May isa pang pag-andar ng carbohydrates sa cell - konstruksyon (istruktura). Ito ay namamalagi sa ang katunayan na ang mga sangkap ay sumusuporta istruktura ng cell. Halimbawa, selulusa ay isang bahagi ng pader ng cell ng halaman, chitin Makatawag outer skeleton at marami invertebrate ay nangyayari sa fungal cell, olisaharidy kasama lipids at protina molecule form ng glycocalyx - nadmembranny complex. Ito ay nagbibigay ng adhesion - sa pagitan ng isang cell clumping ng hayop, na hahantong sa pagbuo ng tissue.

Ang mga lipid: istraktura at pag-andar

Ang mga organic na mga sangkap, na kung saan ay hydrophobic (tubig hindi matutunaw) ay maaaring tinanggal, hal nahango mula sa mga cell sa pamamagitan nonpolar solvents, tulad ng acetone o kloropormo. function ng lipids sa cell ay depende sa kung alin sa mga tatlong mga grupo nabibilang sila: sa taba, waxes o steroid. Taba ay ang pinaka-karaniwan sa lahat ng mga uri ng mga cell.

Hayop maipon ang mga ito sa ilalim ng balat mataba tissue, neural tissue ay naglalaman ng taba sa anyo ng mga myelin saha ng mga ugat. Ito rin ay naiipon sa bato, atay, insekto - sa taba katawan. Liquid taba - langis - na natagpuan sa buto ng maraming halaman: puno ng pino, peanut, mirasol, oliba. Ang lipid nilalaman sa cell mga saklaw 5-90% (sa adipose tissue).

Steroid at waxes ay naiiba mula sa taba sa na hindi nila kailangang sa mga molecule ng fatty acid residues. Kaya, steroid - ito ay hormones adrenal cortex, na nakakaapekto sa pagbibinata katawan at alin ang mga bahagi ng testosterone. Sila rin ay bahagi ng bitamina (hal, bitamina D).

Ang pangunahing pag-andar ng lipids sa cell - ay ang enerhiya, konstruksiyon at proteksyon. Ang una ay dahil sa ang katunayan na ang 1 gramo ng taba sa cleavage ay nagbibigay sa 38.9 kJ ng enerhiya - ng higit pa kaysa sa iba pang mga organic na mga sangkap - protina at carbohydrates. Higit pa rito, sa oksihenasyon ng taba 1d ito ay nakatayo sa halos 1.1 c. ng tubig. Iyon ay kung bakit ang ilang mga hayop ay nagkakaroon ng isang stock ng taba sa iyong katawan ay maaaring maging isang mahabang oras nang walang tubig. Halimbawa, gophers ay maaaring maging dormant para sa higit sa dalawang buwan, nang hindi nangangailangan ng tubig, at hindi uminom ng tubig kamelyo sa mga transition sa pamamagitan ng disyerto para sa 10-12 na araw.

Construction ng lipids function na ay namamalagi sa ang katunayan na ang mga ito ay isang mahalagang bahagi ng lamad ng cell, pati na rin ang bahagi ng kabastusan. Ang proteksiyon function ng lipids ay binubuo sa ang katunayan na ang taba layer sa ilalim ng balat sa paligid ng mga bato at iba pang mga laman-loob pinoprotektahan ang mga ito mula mechanical pinsala. Tukoy na thermal pagkakabukod function na ay likas na taglay ng mga hayop para sa isang mahabang oras sa sa tubig: balyena, seal, fur seal. Makapal subcutaneous adipose layer, halimbawa, blue whale ay 0.5 m, ito pinoprotektahan ang mga hayop mula sa labis na lamig.

Halaga Oxygen sa cellular metabolismo

Aerobic organismo, na kasama ang napakalaki karamihan ng mga hayop, mga halaman at tao, ang paggamit ng atmospheric oxygen para sa enerhiya exchange reaksyon na humahantong sa cleavage ng mga organic na mga sangkap at ang paglalaan ng isang tiyak na halaga ng enerhiya na naipon sa anyo ng mga molecule ng adenosine triphosphate.

Kaya, ang kumpletong oksihenasyon ng isang mole ng asukal na nangyayari sa mitochondrial cristae, 2800 kJ ng enerhiya ay inilalaan, kung saan 1596 kJ (55%) ay naka-imbak sa anyo ng ATP molecules na naglalaman macroergic connection. Kaya, ang mga pangunahing pag-andar ng oxygen sa cell - ang pagpapatupad ng aerobic hininga, na kung saan ay batay sa isang grupo ng mga enzymatic reaksyon tinaguriang paghinga chain na nagaganap sa organelles - mitochondria. Sa prokaryotic organismo - phototrophic bakterya at cyanobacteria - oksihenasyon ng nutrients ay nangyayari sa ilalim ng impluwensiya ng oxygen diffusing sa mga cell sa ang panloob na protuberances ng plasma lamad.

Mayroon kaming kemikal na organisasyon ng mga cell ay pinag-aralan, pati na rin ang proseso ng protina synthesis at oxygen function na sa cellular enerhiya metabolismo.